Vom Gletschereis gesammelter Wüstenstaub hilft, den Klimawandel zu dokumentieren

Forscher der Ohio State University verwenden im Gletschereis in Tibet eingeschlossenen Staub, um vergangene Veränderungen im komplizierten Klimasystem der Erde zu dokumentieren – und vielleicht eines Tages dabei zu helfen, zukünftige Veränderungen vorherzusagen.

Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Staubzusammensetzung in Proben, die aus verschiedenen Bereichen und Tiefen desselben Gletschers entnommen wurden, stark variieren kann, eine Entdeckung, die darauf hindeutet, dass eine vollständige Staubaufzeichnung mehr Geheimnisse preisgeben könnte, als Wissenschaftler glauben.

Durch starke Winde aufgewirbelter Staub kann eine Vielzahl von Kettenreaktionen in der Atmosphäre auslösen, die alles von der menschlichen Gesundheit über die Meeresbiochemie bis hin zum Kohlendioxidhaushalt in der Atmosphäre beeinflussen. Wie diese Mikropartikel die umgebende Atmosphäre beeinflussen, hängt weitgehend von ihrer Größe, Form und chemischen Zusammensetzung ab.

In einer neuen Studie, die kürzlich in veröffentlicht wurde Geowissenschaftenarbeiteten Forscher daran, zu verstehen, wie Staub das Klima beeinflusst – und davon beeinflusst wird –, indem sie Staubpartikel untersuchten, die in altem Eis eingeschlossen sind, oder was Emilie Beaudon, Mitautorin der Studie und leitende wissenschaftliche Mitarbeiterin am Byrd Polar and Climate Research Center Sie nennt „Kryo-Staub“.

„Indem wir die Staubzusammensetzung durch das Eis betrachten, können wir Informationen über den Umweltzustand der Erde zum Zeitpunkt der Schneeablagerung und der Eisbildung gewinnen“, sagte sie. „Wir könnten vielleicht herausfinden, ob es eine relativ trockene oder feuchte Zeit war, oder versuchen, darauf zu schließen, woher der Staub ursprünglich kam, und so Informationen über vergangene atmosphärische Einflüsse erhalten.“

Aber Forscher brauchen viel Eis, um diese Daten sammeln zu können.

Eisbohrkerne, Eiszylinder, die von Gletschern und Eiskappen gebohrt wurden, werden seit langem als umfassende Archive des Klimasystems der Erde verwendet, da sie so gut erhalten sind.

Während sich Eisschichten über Jahreszeiten und Jahre ansammeln, sammeln sich Aerosole in jeder neuen Beschichtung an und liefern den Forschern schließlich sehr detaillierte Aufzeichnungen der turbulenten Klimageschichte des Planeten. Mit Hilfe dieser natürlichen Zeitkapseln können Wissenschaftler erfahren, wie die Welt damals aussah, einschließlich Aspekten wie Treibhausgaskonzentrationen sowie vulkanischer, solarer und biologischer Aktivität.

Die in dieser Studie verwendeten Eisforscher wurden von der Guliya-Eiskappe im Nordwesten Tibets gesammelt, einem Gebiet, in dem sich nach der Sahara eine der größten Quellen für atmosphärischen Staub in der nördlichen Hemisphäre befindet. Da die Region unter dem Einfluss von Westwinden steht, wird ein Großteil des Staubs, den sie aufnimmt, in Richtung der großen Städte in Ostasien geweht, sagte Beaudon.

Beispielsweise erlebte China im Jahr 2021 seinen größten Staubsturm seit einem Jahrzehnt, als der Sturm ganze Städte zwang, Schutz zu suchen, was schließlich Bedenken der wissenschaftlichen Gemeinschaft über die Auswirkungen des Klimawandels auf die Häufigkeit und Intensität solcher Ereignisse aufkommen ließ.

Aber Wissenschaftler haben nicht genügend Daten, um zu erkennen, wie zentralasiatischer Wüstenstaub über große Entfernungen transportiert wird oder wie er sich im Laufe der Zeit verändert. Die Untersuchung einer Staubaufzeichnung aus einem tibetischen Eisbohrkern ist eine der einzigen Möglichkeiten, eine langfristige Perspektive auf den zentralasiatischen Staubkreislauf zu liefern, sagte Beaudon.

Im Jahr 2015 half ein Team von Forschern aus den Vereinigten Staaten und China dabei, Eiskerne an verschiedenen Stellen der Guliya-Eiskappe zu bohren, bevor diese Kerne zurück zum Labor im Bundesstaat Ohio geschickt wurden. Beaudons Team analysierte zwei der Eisbohrkerne und untersuchte die Staubaufzeichnung des Gebiets, indem es Mikropartikel untersuchte, die auf Filtern von geschmolzenem Eis gesammelt wurden, sowie solche, die in typischen Eisunterproben eingeschlossen waren. Beaudon bemerkte, dass der eingeschlossene Staub nicht einheitlich war; Stattdessen war jede Ablagerung eine unwahrscheinliche Ansammlung verschiedener Farben, Größen und Schichten.

„So entstand die Idee, zu versuchen festzustellen, woher der Staub kam, weil es bereits so viele visuelle Hinweise gab, die ihre Unterschiede hervorhoben“, sagte Beaudon.

Beaudons Team versuchte auch herauszufinden, ob die meisten der im Eis vorhandenen Partikel aus der Taklamakan-Wüste in der Nähe der Guliya-Eiskappe stammten oder ob sie von anderen weit entfernten Orten dorthin getragen wurden.

„Was wir mit diesen vorläufigen Proben beweisen wollten, ist, dass es eine tatsächliche Variabilität in ihrer Geochemie und Mineralogie gibt“, sagte sie. „Wir haben festgestellt, dass nicht immer derselbe Staub aus derselben Wüste kommt, und selbst in demselben Gletscher hat man nicht immer dasselbe Material.“

Insgesamt stellt die Studie fest, dass das besonders alte Guliya-Gletscherstaubarchiv ein erstklassiger Kandidat für eine tiefere Erforschung ist, was darauf hindeutet, dass Beaudons Arbeit durch die Verwendung zusätzlicher Eiskernproben zur Entwicklung von Staubaufzeichnungen mit höherer Auflösung viele Forschungswege eröffnet, einschließlich der Untersuchung der mikrobiellen Populationen die im Eis existieren und sich von den Nährstoffen ernähren, die Kryostaub in sich trägt.

Schließlich stellt sich Beaudon vor, dass ihre Arbeit dazu beitragen wird, die Gletscheraufzeichnungen von Planeten jenseits der Erde zu untersuchen. „Mein Ziel ist es, viel Fachwissen über Kryostaub zu erwerben“, sagte sie. „Wenn jemals Eisbohrkerne gebohrt oder Proben vom Mars oder einem anderen Planeten entnommen werden, hoffe ich, sie untersuchen zu können.“